1、27一、 前言(一 )、设计任务1、发电厂情况：（1） 地区凝汽式火电厂20MW（二） 、设计目的发电厂电气部分课程设计是学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到：1、巩固“发电厂电气部分” 、 “电力系统分析”等课程的理论知识。2、熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。3、掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。4、学习工程设计说明书的撰写。（三） 、任务要求1、分析原始资料2、设计主接线3、计算短路电流4、电气设备选择及校验（四） 、设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经
2、济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便、尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。（五） 、设计基本要求可靠性、灵活性、经济性二、 原始资料分析1、 本工程情况：设计一座装机容量为 的凝汽式火力发电厂。20MW计划安装两台 的汽轮发电机组，型号为 ,功率因数为 ，安装顺序为 、MW50 250QF8.01#机；安装一台 的汽轮发电机组，型号为 ,功率因数为 ，安装顺2#1 1TN5序为 机。32、电力系统情况：发电机电压负荷最大为 ，最小为
3、，最大负荷利用小时数 小时；MW4824520maxT负荷：最大 ，最小 ，最大负荷利用小时数 小时；剩余最大kV1053 40max功率 送入 系统。152%620342kV03、负荷情况：发电机电压端电缆出线 8 回， 发电机端电压电缆出线 2 回。每回负荷不MW50等，平均在 左右，送电距离为 ； 端架空线出线 3 回； 端架空线出km631kV0线 2 回。4、环境条件：年平均温度 。C35三、 主接线方案确定1、主接线方案拟定：根据原始资料分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案，进而以优化方案，组成最佳方案。（1） 、 电压等级：连接发电机出线端，且有八回电缆出线，发电机容量为 ，k
4、V0 MW502为保证供电可靠性，因此选用单母线分段接线形式，2 台 机组分别接在两段母线上。MW50其剩余功率通过双绕组变压器全部送往 母线。由于每条出线选用电缆传送，所以各条kV20电缆出线上都装有线路电抗器。由此也可选用轻型断路器，以降低成本。（2） 、 电压等级：出线回路为 2 回架空线路，为保证供电可靠性和灵活性，选用双母k线接线方式，由于此处最大负荷为 ，所以由 发电机通过三绕组变压器供电，MW581剩余功率送至 系统。V20（3） 、 电压等级：只有一回架空线路，应采用单母线接线或单母分段接线方式，其进线从三台 出口发电机通过变压器送来 的容量。k132、主接线方案确定根据以上的
5、分析，筛选组合，可保留两种可能的接线方式如下图：2 2 0 k V1 0 k V1 1 0 k VG 1 # 1 G 2 # 2G 3 # 3方案图（1）2 2 0 k V1 0 k V1 1 0 k VG 1 # 1 G 2 # 2G 3 # 3方案图（2）主接线方案比较表方 案项 目 方案图（1） 方案图（2）可靠性 侧采用单母线kV20接线方式可靠性较差 侧采用单母分kV0段接线，可靠性较高灵活性 侧接两个变压器，操作简单侧接三个变压器，调度方便，但接线稍显复杂，经济性 采用两台变压器，花 费低采用三台变压器及更多的其他辅助设备，花费高通过比较，由于此设计属于中小型火电厂，所以着重考虑经
6、济性，因方案只用一台双绕组变压器及其两侧的断路器和隔离开关，220kV 侧采用单母线接线方式，均减少了断路器的数量，配电装置投资大大减小，且误操作的可能性要相对较小，占地面积也相对减小。相对于方案，其操作简单。综上考虑该电厂为地区电厂，且负荷为腰荷，所以主接线方式采用方案。四、 主变压器确定1、主变压器台数：根据方案，该发电厂装设一台三绕组变压器和一台双绕组变压器，以充分保证供电可靠性。2、主变压器的容量：发电厂具体情况： 侧，三绕组变压器的确定： ， ，则kV10 85.0cos%KP, ；双绕组变压器的确定： ，MWSN10MWB2.85.%)( .， 侧最小负荷为5kV4.B8.02)(
7、23、主变压器的形式：一般情况下采用三相式变压器，根据以上分析，具有三种电压等级的发电厂，查三绕组变压器技术数据表，选择型号为： ，查 双绕组变压器kV0 120SFPLOkV技术数据表，选择型号为： .90SFPL三绕组变压器技术参数：短路电压百分数型号 连结组别号额定电压高/中/低容量比 %)21(Uk)32(k%)31(k120SFPLO10dynYN242/121/10.5100/100/50 12.8 8.15 5.3双绕组变压器技术参数：型号 额定容量（kVA） 连结组别号 额定电压高/ 低短路电压百分数短路电抗标幺值90SFPL90000 1dYN5.102410.5 0.117
8、五、 短路电流计算（一） 、短路电流计算的围。（8）输电线路的电容略去不计。2、一般规定（1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点。（4）导体和电器动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般安三相短路计算。（三） 、短路电流的计算方法对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得
9、 、 、 值。fIshiI_三相短路电流；f三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。shi三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定。sI三相短路容量，用来校验断路器和开断容量以及判断容量是否超过规定值，作为选kS择限流电抗器的依据。注：选取基准容量为 MVASj10UNavj05.1基准容量（ ）jS所在线路的平均电压（ ）avUk按电压等级计算短路电流，该系统共有三个电压等级，故有三个短路电流，短路电流的具体计算过程见附录。等值电抗图如下：1 0 k V2 2 0 k V1 1 0 k Vx 7x 6x 5x 4x 3x 2x 1G 1 G 2G 3短路电流计算结果表如
10、下（计算过程见附录 A）：短路点 基准电流（kA）支路名称 Xd标幺值 有名值（kA）冲击电流（kA）d15.5 发电机kV100.1，0.405413.5134 74.3 189.520.50 发电机 0.3325，1.014.3372 2.18 5.55330.251 发电机k20.217，0.28842206.5 2.21 5.627六、主要电气设备选择（一） 、电气设备选择的原则：1、应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2、应按当地环境条件校核；3、应力求技术先进和经济合理；4、与整个工程的建设标准应协调一致；5、同类设备应尽量减少品种；6、选用新产品均应
11、具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。（二） 、电气选择的条件正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。1、 按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，
12、即 。一Usnal般电器允许的最高工作电压：当额定电压在 及以下时为 ；额定电压是kV20N15.时是 。而实际电网的最高运行电压 一般不会超过电网额定电压的kV503UN1. sn，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压 不低于装置点电网额定电压Ns1. UN的条件选择,即 。s Ns额定电流电器的额定电流 是指在额定周围环境温度 下，电器的长期允许电流。 不应该小于IIN该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 ，即 。由于发电机、调相ImaxNmax机和变压器在电压降低 时，出力保持不变，故其相应回路的 为发电机、调相机或变%5 I压器的额定电流的 倍；若变压器有过负荷运行可能时，
13、应按过负荷确定；母联断路0.1 max器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的 ；母线分段电抗器的 应为母线上Iax Imax最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的；出线回路的 除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来%805Imax的负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温
14、度 ，如周围环境温度高于C40（但 ）时，其允许电流一般可按每增高 ，额定电流减少 进行修正，C4060 1%8.1当环境温度低于 时，环境温度每降低 ，额定电流可增加 ，但其最大电流不4C5.得超过额定电流的 。%22、 按短路情况校验短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 QIKt2式中 ， 短路电流产生的热效应， 电器允许通过的热稳定电流和时间。It电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为： iesh式中 短路冲击电流有效值；ish电器允许 的动稳定电流的有效值；e（三） 、设备选择明细表1、 侧
15、主要电气设备：kV0设备名称 型号 主要参数 设备台数断路器（ ）QF50/14GSN额定开断电流 ,极限通kA105过电流峰值 ，热稳定3电流 )(2s12隔离开关（ ） /T极限通过电流峰值 ，k热稳定电流 )5(10A24母线 3 条 竖放允许电流为 4232矩m1025形铝导体，mL2.1a75.0电缆 普通粘性浸kV纸绝缘三芯电缆 截面积 QF8电抗器 34NKL通过容量 kVA38电压互感器（）PV10JD一次绕组额定电压 10二次绕组额定电压 .2电流互感器（）TMC额定电流比（ ） ,45/22、 侧主要电气设备：k10设备名称 型号 主要参数 设备台数断路器（ ）QF10/4
16、SW额定开断电流 kA.18极限通过电流峰值 、5热稳定电流 )(2s4隔离开关（ ）S8/D极限通过电流峰值 k0热稳定电流 )5(.1A11母线 单条 矩形m450铝导体 竖放允许电流为 423，mL.a7.2电压互感器（）PV102JC一次绕组额定电压,kV10二次绕组额定电压 3.最大容量 A202电流互感器（）PT10LWD额定电流比5643、 侧主要电气设备：kV20设备名称 型号 主要参数 设备台数断路器（ ）QF10/24SW额定开断电流 kA4.18极限通过电流峰值 5热稳定电流 )(2s4隔离开关 8/DG极限通过电流峰值 7（ ）QS kA80热稳定电流 )4(7.23s
17、母线 单条 矩形m450铝导体 竖放允许电流为 56，mL.1a.1电压互感器（）PV20YDR一次绕组额定电压 kV320二次绕组额定电压 1. 1电流互感器（）TLCW额定电流比（ ）A5/3042七、设计总结通过本次为期一周多的课程设计，我再一次认真的学习了发电厂电气部分这门学科及其相关学科，总结了从初学到现在的学习心得，感觉受益匪浅。完成课程设计的过程中，我学习到如何从理论部分较好的过渡到实际设计当中，从分析原始资料到如何更加合理的选择可靠性高的接线方式、灵活性高的运行方式以及实用性强和经济性好的设计方案。在这之间，我仔细查阅了不少参考学习资料，根据我此次设计的内容和联系设备的一些实际
18、参数情况进而选择主接线图和主变压器，虽然期间我也耗费了不少精力对其进行修改和变换，但却为后来的选择其他电器设备做好了铺垫，没有多走弯路，从而以简单易行的方式达到了设计的要求和目的。对于这次课程设计，我在获得更多的专业知识之余，也加强了自己对理论知识的灵活运用能力，而且我还应做到分析问题准确到位，原理叙述完整清晰，论证计算缜密无误。以及对发电厂各项情况的了解和掌握，进而在设计过程中，循序渐进，由浅入深，做到加强基础，不断拓宽知识。当然，在整个设计中，也有我们组成员间的激烈讨论，经过交流对比获得不少学习方法和心得，大家齐心协力在短短的一周多时间内，完成了这个设计，虽不比完成一份毕业设计那样面面俱到
19、，但也已相当优秀了。在设计时期，我严格要求自己，把这次设计当做是一项总结考核，认真负责的去完成设计任务。这对个人能力发展也十分有益，更有助于以后的生活和学习。所以，我很愉悦的完成了这次的课程设计。最后，因为我个人的知识浅薄和对电气行业的认识有限，所以设计中的不完美处还请老师多提宝贵建议。也在此感谢老师和同学对我的设计指导。 参考文献：【1】西北电力设计院，电力工程设计手册，中国电力出版社。【2】熊信银，发电厂电气部分，中国电力出版社。【3】李瑞荣，短路电流实用计算，中国电力出版社。【4】姚春球，发电厂电气部分，中国电力出版社。【5】于长顺，发电厂电气设备，水利电力出版社。【6】陈跃，电气工程专
20、业1、 母线上发生短路时（ 点）短路电流的计算kV0d1将系统电抗图简化并计算：2 2 0 k Vx 1 0x 4x 11 0 k Vx 8G 1 . 2G 3点短路时等值电路电抗化简图d1405.28.095.7.10414 X13.18.142If2、 母线上发生短路时（ 点）短路电流的计算kV02将系统电抗图简化并计算：2 2 0 k V1 1 0 k Vx 1 3x 1 2x 1 1x 9G 1 . 2G 3点短路时等值电路电抗化简图d25.01.7.01915 X372.401.328835432 If3、 母线上发生短路时（ 点）短路电流的计算kV0将系统电抗图简化并计算：x 1
21、0x 92 2 0 k VG 1 . 2G 3点短路时等值电路电抗化简图d384.05.0298.1416 X814.32.01716653 If三、各母线上短路点电流的折算1、各点基准电流：点：d1kAUSIBB 4986.5.1032121 点：2 222点：3 kBB .0132132、各点电流：点：d1 kAIff .7411点: 2fBf 822点: 3 kff .333、各点冲击电流：点：d1 AIifM.745.211点: 2 kf82点: 3ifM33附录 B 设备选择及计算一、 侧设备选择及校验过程kV101、选择过程（1） 、 发电机最大持续工作电流MW5 )(439.60
22、8.5103.cos3. 3max ANGUPI (2)、 出线最大持续工作电流kV0 )(1.728.4cs3maxNG（3） 、1 号主变低压侧最大持续工作电流 )(.495.1031max ASINT根据以上计算数据，设备选择如下： 断路器kV0查 高压断路器技术数据，选择 型断路器，其主要参数1 50/14GSN额定开断电流 ,极限通过电流峰值 ，热稳定电流 。kA5kA30)5(12skA 隔离开关k0查 高压隔离开关技术数据，选择 型隔离开关，其主要参数V1 0/1T极限通过电流峰值 ，热稳定电流 。k20)5(0sk 母线k0AUPIN3468.0513.835.1maxmax
23、kAI309.24查表，选用 3 条 矩形铝导体，竖放允许电流为 4243A, 。2 8.1fk 出线电缆kV10选择 普通粘性浸纸绝缘三芯电缆。 出线电抗器kV10查 电抗器技术数据，选择 型电抗器，其主要参数3401NKL通过容量 。kA2310 电压互感器k查 电压互感器技术数据，选择 型电压互感器，其主要参数VJD一次绕组额定电压 ，二次绕组额定电压 。kkV1.0 电流互感器k10查 电流互感器技术数据，选择 型电流互感器，其主要参数LMC额定电流比（ ） , 。A405/2、 校验过程由附录 A 中的短路电流计算可知， 侧短路电流 ，短路冲击电流kV10kAIf309.74，故ki
24、sh48.19。 StIItQKfKK 2222 309.87402.7(1)、断路器校验热稳定校验： ，满足热稳定要求。QkAI KSt 222051动稳定校验： , ， ，满足动稳定要求。kish48.9ies3iesh（2） 、隔离开关校验热稳定校验： ，满足热稳定要求。I KSt 22250动稳定校验： ， ， ，满足动稳定要求。kAish48.19kiesiesh（3） 、母线校验当环境温度为 时，查表得出温度修正系数 ，则C35 8.0Ical 6728.035 热稳定校验。正常运行时导体温度 CIalmxal 653740352200查表 ，则满足短路时发热的最小导体截面为89C
25、满足热稳定要求2min 402.56mCKQSf动稳定校验。 kgbhm375.104633 0.25.12J ， ，PaE07fNHzf mmJfL 08.2375.160156.361max 取 ，2.17.0KAish489Nifshp 25.8.3.27 362 10.41.0 mbWPaLfph 6629.85.4180， 满足动稳定要求。Paalph67二、 侧设备选择及校验过程kV1、选择过程2 号主变压器 侧最大持续工作电流k10, 出线最大持续工作电流)(837.62932max AUSINTkV10，根据以上计算数据，设备选择如下：)(526105cosaxP（1） 、 断
26、路器kV0查 高压断路器技术数据，选择 型断路器，其主要参数10/4SW额定开断电流 ，极限通过电流峰值 ，热稳定电流 。A4.18kA5)5(2skA（2） 、 隔离开关k查 高压隔离开关技术数据，选择 型隔离开关，其主要参数0 8/D极限通过电流峰值 ，热稳定电流 。kA80)5(.21skA（3） 、 母线V1UPIN3605.13.5.maxmax I17.查表，选用单条 矩形铝导体，竖放允许电流为 586A, 。40 1fk（4） 、 电压互感器kV1查 电压互感器技术数据，选择 型电压互感器，其主要参数102JC一次绕组额定电压 ,二次绕组额定电压 ,最大容量 。kV31kV3.
27、AV20（5） 、 电流互感器k0查 电流互感器技术数据，选择 型电流互感器，其主要参数1LWD额定电流比 。56022、校验过程由附录 A 中短路电流计算可知， 侧短路电流 ，短路冲击电流kV10kAIf17.2，故kIsh51.。 StItQKfKK 2222 957.18402.（1） 、断路器校验热稳定校验： ，满足热稳定要求。QkAIKSt 222051动稳定校验： , ， ，满足动稳定要求。kish5.iesiesh（2） 、隔离开关校验热稳定校验： ，满足热稳定要求。I KSt 222 5.31.动稳定校验： , ， ，满足动稳定要求。kAish51ies80iesh（3） 、母
28、线校验当环境温度为 时，查表得出温度修正系数 ，则C3 8.0Ical 6.86.035 热稳定校验。正常运行时导体温度CIalmxal 5268.130735200查表 ，则满足短路时发热的最小导体截面为94C，满足热稳定要求2min.6KQSf动稳定校验。 mkgbhm54.0704.5633 1.1212J ， ，PaE076fNHzf mmJfL 3.154.06175.3max 取 ，2.1.0KAish5mNifshp 1.75.73.2 362 0.60.4.6bWPaLfph 6621.17.10，满足动稳定要求。Paalph6三、 侧设备选择及校验过程kV21、选择过程2 号
29、主变压器 侧最大持续工作电流k20, 出线最大持续工作电流)(918.341cos3max AUSINTkV20，根据以上计算过程，设)(13.4.%6203ax AP备选择如下：（1） 、 断路器kV20查 高压断路器技术数据，选择 型断路器，其主要参数kV20 10/24SW额定开断电流 ，极限通过电流峰值 ，热稳定电流 。A4.18kA5)5(2skA（2） 、 隔离开关查 高压隔离开关技术数据，选择 型隔离开关，其主要参数k 8/DG极限通过电流峰值 ，热稳定电流 。0)4(7.23sk（3） 、 母线VAUPIN8.2318.3maxax kAI2068.查表，选用单条 矩形铝导体，
30、竖放允许电流为 586A, 。450 1f（4） 、 电压互感器kV2查 电流互感器技术数据，选择 型电压互感器，其主要参数20YDR一次绕组额定电压 ，二次绕组额定电压 。kV32 kV31.（5） 、 电流互感器k0查 电流互感器技术数据，选择 型电流互感器，其主要参数2LCW额定电流比（ ） 。A5/042、校验过程 mmJEfNL 32.154.06176.3max 取 ，.15.0KAish6275mNifshp 4.67.3.2 362 10.05bWPaLfph 662.7.140，满足动稳定要求。Paalph6附录 C 完整的主接线图2 2 0 k V1 0 k V1 1 0 k VG 1 # 1 G 2 # 2G 3 # 3
